20世紀(jì)后期，我國許多城市飽嘗了供水不足和水質(zhì)污染的雙重苦果；21世紀(jì)初期，更多的城市將面臨水危機(jī)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，各界人士紛紛建言獻(xiàn)策，以尋找化解水危機(jī)的“靈丹妙藥”，這顯然是個(gè)跨世紀(jì)的難題，因?yàn)閷?dǎo)致水危機(jī)的原因及過程非常復(fù)雜，化解水危機(jī)便成了一項(xiàng)更加復(fù)雜的系統(tǒng)工程。目前我們主要從兩個(gè)方面著手處理水污染和供水不足的問題：一是加強(qiáng)保護(hù)現(xiàn)有的淡水資源，進(jìn)行節(jié)水工程改建項(xiàng)目，將使用水的量控制在最小化，大力發(fā)展中水回用技術(shù)；二是加強(qiáng)污水處理力度，維持越來越緊缺的水資源，這就需要堅(jiān)強(qiáng)污水處理工藝的設(shè)計(jì)和研究，強(qiáng)化處理效果。由于一般的物理處理或者化學(xué)出理，對于污染物質(zhì)的降解效果十分有限，并且還經(jīng)常帶來二次污染，因此生化處理方式將是污水處理方式發(fā)展的方向，并且由于基本沒有二次污染因此值得大力推廣。

生化處理中一般采用活性污泥法，其主要的工藝流程包括：預(yù)處理——初次沉淀——混合——曝氣——二次沉淀，曝氣是活性污泥法處理廢水的重要環(huán)節(jié)，曝氣在曝氣池中完成。因此曝氣池的設(shè)計(jì)在整個(gè)生化處理工藝設(shè)計(jì)中也就占到十分重要的地位。

按照曝氣的方式不同，曝氣池的分類也各不相同，一般情況下，我們可以分為推流式曝氣池和完全混合型曝氣池兩種，各種不同的曝氣方式設(shè)計(jì)的參數(shù)也是不相同的，這主要是根據(jù)實(shí)際條件來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。曝氣設(shè)備的選擇則是經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行成本控制的關(guān)鍵。

曝氣池的設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括：①曝氣池容積的計(jì)算；②池體設(shè)計(jì)；③需氧量和供氧量的計(jì)算。

（一）曝氣池容積的計(jì)算

計(jì)算曝氣區(qū)容積，常用的是有機(jī)負(fù)荷計(jì)算法。負(fù)荷有兩種表示方法，即污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷。

（1）確定污泥負(fù)荷   

污泥負(fù)荷一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定，可以參照有關(guān)成熟經(jīng)驗(yàn)中的數(shù)值。

表1：部分活性污泥工藝參數(shù)和特點(diǎn)

（2）確定所需要微生物的量  

微生物的量（XV）是由所要處理的有機(jī)物的總量和單位微生物在單位時(shí)間內(nèi)處理有機(jī)物的能力（即污泥負(fù)荷）決定的。

根據(jù)污泥負(fù)荷的定義：Ns=Q（SO-Se）/（XV）,可得公式如下：

（XV）= Q（SO-Se）/ Ns

 式中：V——曝氣池容積，m3

Q——進(jìn)水設(shè)計(jì)流量，m3/d

SO——進(jìn)水的BOD5濃度， mg/L

Se——出水的BOD5濃度， mg/L

X——混合液揮發(fā)性懸浮固體，（MLVSS）濃度 mg/L

Ns——污泥負(fù)荷，kgBOD5/（kgMLVSS.d）.

(3)計(jì)算曝氣池的有效池容   

確定了微生物的總量后，需要有污泥濃度的數(shù)值才能計(jì)算曝氣池的容積。污泥濃度根據(jù)所用工藝的污泥濃度的經(jīng)驗(yàn)值選擇，一般在3000—6000mg/L之間。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)或其他方式確定了回流比、SVI值后也可以根據(jù)下式計(jì)算：

X=Rrf106/SVI(1+R)

式中：R——污泥回流比，%

r——二次沉淀池中污泥綜合系數(shù)，一般為1.2左右

f——MLVSS/MLSS

曝氣池容積的計(jì)算公式如下：

V=（VX）/X=Q（SO-Se）/（XNS）

式中：Q——廢水量，m3/d

Q（SO-Se）——每天的有機(jī)基質(zhì)降解量，kg/d

V——曝氣池有效容積，m3

（4）確定曝氣池的主要尺寸  

主要確定曝氣池的個(gè)數(shù)、池深、長度以及曝氣池的平面形式等。按照每日的處理量來確定池體的個(gè)數(shù)，同時(shí)，由于工藝的不同，曝氣池的式樣和個(gè)數(shù)各不相同，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)中需要我們有現(xiàn)場的實(shí)際地形圖和整體效果圖來做依據(jù)，這樣設(shè)計(jì)出來的池體才可以滿足工藝處理需要，并且與周圍的環(huán)境和諧一致。

2、動力學(xué)方法

也可用動力學(xué)方法計(jì)算曝氣池的容積。計(jì)算過程如下：

（1）確定所需的動力學(xué)常數(shù)的值   

包括Y、Kd、Ks、umax,在沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)可以根據(jù)表2、表3 選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)值。

（2）確定污泥齡 

根據(jù)公式1/θ min= (Y×umax×SO/ SO+Ks)-Kd可以確定θmin 值。

θmin=1/(Y×umax-Kd)

式中：umax——基質(zhì)達(dá)到飽和濃度時(shí)，微生物的最大比增殖速率，d-1

實(shí)際活性污泥處理系統(tǒng)工程中所采用的θC(污泥齡.d)值，應(yīng)大于θmin值，實(shí)際取值按公式1/θmin= Y×umax-Kd乘以安全系數(shù)。安全系數(shù)一般在2—20。也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值，參照表1數(shù)據(jù)。

（3）確定所需的微生物量  

根據(jù)公式1/θC=[Y×umax×(SO-Se)/ (SO-Se)+KsIn SO/ Se]-Kd來確定微生物的量，可以得到微生物量的計(jì)算公式：

（XV）=QθCY(SO-Se)/(1+KdθC)

（4）確定曝氣池的容積  

首先確定微生物濃度，其方法與前面的負(fù)荷設(shè)計(jì)法相同。

V=(VX)/X

（5）根據(jù)有關(guān)公司對出水濃度進(jìn)行校核；或者根據(jù)污泥負(fù)荷的定義對污泥負(fù)荷進(jìn)行校核。這兩種方法取其中一種就可以。

（二）需氧量和供氣量的計(jì)算

1、需氧量

活性污泥的正常運(yùn)行，除需要有性能良好的活性污泥以外，還需要進(jìn)行充足的氧氣供應(yīng)，活性污泥法處理系統(tǒng)的日平均需氧量（O2）可按公式1/θC=YNs-Kd計(jì)算，去除1kgBOD5的需氧量（ΔO2）根據(jù)下式計(jì)算，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用。

ΔO2= /Ns

廢水a(chǎn)’、b’的值和部分工業(yè)廢水的a’、b’ 值可以從表5選取。

2、供氣量

在需氧量確定以后，取一定的安全系數(shù)，得到實(shí)際需氧量（Ra），并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)需氧量（Ro）。公式如下：

Ro= RaCs/[α(βρCS(T)-CT)×1.024(T-20)]

式中：CS——在1.03×105Pa條件下氧的飽和濃度，mg/L

X——混合液揮發(fā)性懸浮固體，（MLVSS）濃度 mg/L

在實(shí)際工程中，所需要的空氣量比標(biāo)準(zhǔn)條件下所需要的空氣量要多33%～61%，具體在工程中需要的空氣量可以根據(jù)實(shí)際情況來確定，

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)需氧量確定之后，根據(jù)不同設(shè)備廠家的曝氣機(jī)樣本和手冊，計(jì)算出總的能耗�？偰芎拇_定后，就可以確定曝氣器的數(shù)量。

鼓風(fēng)曝氣要確定其供氣量，公式為：

Gs=Ro/0.3×EA

式中: Gs——空氣量

EA——曝氣系統(tǒng)的充氧效益

計(jì)算出空氣量后，根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)的樣本便可以確定鼓風(fēng)機(jī)的數(shù)量和型號。

（三）曝氣設(shè)備的選擇

（1）曝氣設(shè)備所具有的功效

①產(chǎn)生并維持有效的氣水接觸，并且在生物氧化作用不斷消耗氧氣的情況下保持水中一定的溶解氧濃度；

②在曝氣區(qū)內(nèi)產(chǎn)生足夠的混合作用和水的循環(huán)流動；

③維持液體的足夠速度，以使水中的生物固體處于懸浮狀態(tài)。

各種曝氣設(shè)備的特點(diǎn)是各不相同的，因此曝氣設(shè)備的用途和使用的范圍也就有各種不同，因此，在工藝設(shè)計(jì)中，要根據(jù)實(shí)際的需要和企業(yè)所能夠承擔(dān)的成本來選擇曝氣設(shè)備，現(xiàn)有的曝氣設(shè)備分為兩大類：淹沒式曝氣器和表面曝氣器（表6：廢水處理中的曝氣設(shè)備）

表6：廢水處理中的曝氣設(shè)備

曝氣設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：

① 動力效率（EP）  每消耗1KW電能轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量，以kg/（KW.h）計(jì)；

② 氧的利用效率（EA）  通過鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液的氧量，占總供氧量的百分比（%）；

③ 氧的轉(zhuǎn)移效率（EL）也稱為充氧能力，通過機(jī)械曝氣裝置，在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量，以kg/h計(jì)。

鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的性能按照①、②兩項(xiàng)指標(biāo)評定，機(jī)械曝氣裝置則按照①、③兩項(xiàng)指標(biāo)評定。在工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇中我們需要考慮性能、特點(diǎn)以外，還需要考慮有關(guān)葉輪直徑和曝氣池直徑的比例，一般比值在1/3--1/5左右，過大可能傷害污泥，過小則充氧量不足，葉輪和水深的比值一般采用2/5—1/4，池深過大，將影響充氧和泥水混合。

由于各種鼓風(fēng)機(jī)的型號和性能各不相同，因此所產(chǎn)生的噪聲也就不相同，相對應(yīng)的機(jī)房設(shè)計(jì)也就各自有不同的要求，根據(jù)實(shí)際需要和性能考慮，在工藝中一般選擇同一型號的設(shè)備并且要有備用機(jī)，備用臺數(shù)的選擇按照工作機(jī)≤3臺時(shí)，備用1臺，當(dāng)工作機(jī)≥4臺時(shí)，備用2臺；電源要用雙電源，按照最大負(fù)荷設(shè)計(jì)；每臺單機(jī)的基礎(chǔ)間距應(yīng)該保持1.5米；配套的機(jī)房應(yīng)該包括：機(jī)械間、配電室、進(jìn)風(fēng)室（設(shè)空氣凈化設(shè)備）、值班室，值班室與機(jī)械間應(yīng)有隔音設(shè)備和觀察窗，還應(yīng)設(shè)自控設(shè)備；機(jī)房內(nèi)、外都要進(jìn)行防止噪聲的措施，使其符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

無論那一種廢水，其處理工藝都是以一些基本的單元技術(shù)為基礎(chǔ)組合而成的，在我國的生化處理技術(shù)上在過去的30年間有了很大程度的發(fā)展與進(jìn)步，曝氣池的設(shè)計(jì)與曝氣設(shè)備的選擇也有很大程度的變化，但是，應(yīng)該遵從的基本原理和設(shè)計(jì)計(jì)算方式是不變化，因此我們需要了解最基本計(jì)算方式和選擇原則，這樣才可以提高現(xiàn)有的處理設(shè)備的利用率，減少運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)約成本。

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